硬件電路是電路系統(tǒng)的重要組成部分，硬件培訓是否有必要？

本文獻給那些剛開始或即將開始設(shè)計硬件電路的人。時光飛逝，離俺最初畫第一塊電路已有3年。剛剛開始接觸電路板的時候，與你一樣，俺充滿了疑惑同時又帶著些興奮。在網(wǎng)上許多關(guān)于硬件電路的經(jīng)驗、知識讓人目不暇接。像信號完整性，EMI，PS設(shè)計準會把你搞暈。別急，一切要慢慢來。

1)總體思路。設(shè)計硬件電路，大的框架和架構(gòu)要搞清楚，但要做到這一點還真不容易。有些大框架也許自己的老板、老師已經(jīng)想好，自己只是把思路具體實現(xiàn);但也有些要自己設(shè)計框架的，那就要搞清楚要實現(xiàn)什么功能，然后找找有否能實現(xiàn)同樣或相似功能的參考電路板(要懂得盡量利用他人的成果，越是有經(jīng)驗的工程師越會懂得借鑒他人的成果)。

2)理解電路。如果你找到了的參考設(shè)計，那么恭喜你，你可以節(jié)約很多時間了(包括前期設(shè)計和后期調(diào)試)。馬上就copy?NO，還是先看懂理解了再說，一方面能提高我們的電路理解能力，而且能避免設(shè)計中的錯誤。

3)沒有找到參考設(shè)計? 沒關(guān)系。先確定大IC芯片，找datasheet，看其關(guān)鍵參數(shù)是否符合自己的要求，哪些才是自己需要的關(guān)鍵參數(shù)，以及能否看懂這些關(guān)鍵參數(shù)，都是硬件工程師的能力的體現(xiàn)，這也需要長期地慢慢地積累。這期間，要善于提問，因為自己不懂的東西，別人往往一句話就能點醒你，尤其是硬件設(shè)計。

4)硬件電路設(shè)計主要是三個部分，原理圖，pcb ，物料清單(BOM)表。原理圖設(shè)計就是將前面的思路轉(zhuǎn)化為電路原理圖。它很像我們教科書上的電路圖。pcb涉及到實際的電路板，它根據(jù)原理圖轉(zhuǎn)化而來的網(wǎng)表(網(wǎng)表是溝通原理圖和pcb之間的橋梁)，而將具體的元器件的封裝放置(布局)在電路板上，然后根據(jù)飛線(也叫預拉線)連接其電信號(布線)。完成了pcb布局布線后，要用到哪些元器件應(yīng)該有所歸納，所以我們將用到BOM表。

硬件電路是電路系統(tǒng)的重要組成部分，硬件電路設(shè)計是否合理直接影響電路系統(tǒng)的性能。硬件電路設(shè)計的一般分為設(shè)計需求分析、原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計、工藝文件處理等幾個階段，設(shè)計過程中的每一個細節(jié)都可能成為導致設(shè)計成功與失敗的關(guān)鍵。

隨著集成電路設(shè)計與制造技術(shù)的不斷發(fā)展，電路系統(tǒng)的功能越來越強大，組成卻越來越簡單，軟件設(shè)計的重要性逐漸提高，但硬件電路設(shè)計的重要性不容忽視。軟件設(shè)計得再完美，若硬件電路設(shè)計不合理，系統(tǒng)的性能將大打折扣，嚴重時甚至不能正常工作。硬件電路的設(shè)計一般分為設(shè)計需求分析、原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計、工藝文件處理等幾個階段。

高速嵌入式硬件設(shè)計培訓課程為您講解高速嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計技術(shù)。兩天的課程采取理論講解和實際設(shè)計演示相結(jié)合的方式，完成從元器件選擇、電路圖設(shè)計到PCB設(shè)計調(diào)試的全過程。廣大工程師通過此培訓可以掌握先進的高速嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計技術(shù)，能夠完成高速嵌入式系統(tǒng)PCB及相關(guān)硬件的設(shè)計、調(diào)試任務(wù)。

硬件電路的設(shè)計需求是基于項目或控制平臺的系統(tǒng)需求，設(shè)計需求的合理分析是選用電路核心元器件及其典型電路的關(guān)鍵。硬件電路的通用設(shè)計需求有應(yīng)用環(huán)境、面積/體積限制、電源、功耗等，此外功能不同電路需求也不同。以某控制平臺典型電路為例，設(shè)計前必須關(guān)注的需求如表所示。

硬件培訓行業(yè)良莠不齊，劣幣驅(qū)逐良幣再正常不過，不排除有很多認識的老師教的都很好，我不會一棍子打死， 這里只是隨便聊聊。這幾年，我在培訓上的花費也幾萬塊了(雖然大多都沒看過)，有一定的發(fā)言權(quán)。下面跟大家講下我的一些想法，僅供參考。

一說培訓亂象:

某些不靠譜的培訓，只會販賣焦慮(如果你不學習就掛了，人生失去意義，你是最LOW 的LOW B)，卻不能好好備備課，學員的時間，金錢花費到上面，卻學的糊里糊涂，知識體系混亂，工作中毫不實用，懷疑人生。

二說硬件培訓亂象:

教你走捷徑，三五個月一定拿高薪(扯淡) 。幾個月培訓能拿高薪的，自己水平也很好。不管你基礎(chǔ)咋樣，瘋狂灌鴨式學習，不管你有沒有走火入魔。任何行業(yè)都不可能四五個月學會一項不錯的職業(yè)技能拿高薪，軟件可能還有戲，硬件幾乎不可能，幾個月也就剛?cè)腴T吧，拿個入門工資問題不大。科班出身才是王道。不要急功近利，沒有捷徑，只有腳踏實地學習，基礎(chǔ)不牢，地動山搖。尤其是做硬件，基礎(chǔ)更要扎實。

三說硬件培訓亂象:

抄襲。東拼西湊和抄襲原廠等培訓資料，而不自己去梳理課綱。 利用信息不對稱，轉(zhuǎn)授。自己都沒吃透，如何教別人。

四說硬件培訓亂象:

原因:信息不對稱。 大家并不知道，在那個階段，水平，哪些學習資料，視頻，文檔，書籍，是最好的，大家覺得最好的都是哪些。于是看到鋪天蓋地的宣傳，一拍腦袋就報名。而更好，更合適，更有營養(yǎng)的資料，卻被忽視了。

五說硬件培訓亂象:

路飛建議: 針對基礎(chǔ)知識還是學習MIT,清北等優(yōu)質(zhì)教材，和原廠如ADI,TI,ST等的優(yōu)質(zhì)培訓視頻，文檔，自己消化吸收。(不會差) 自己消化和填鴨式教學是不一樣的。不要急于求成，安心修煉內(nèi)功，野生海參和人工種植的，價值是不一樣的。

寫到最后:個人覺得，優(yōu)秀電子工程師需要有扎實穩(wěn)固的基礎(chǔ)，充分的項目實踐試錯，完善的不斷豐富的知識體系。顯而易見，這些不是初級的幾天培訓可以給的。

硬件電路是電路系統(tǒng)的重要組成部分，硬件電路設(shè)計是否合理直接影響電路系統(tǒng)的性能。硬件電路設(shè)計的一般分為設(shè)計需求分析、原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計、工藝文件處理等幾個階段，設(shè)計過程中的每一個細節(jié)都可能成為導致設(shè)計成功與失敗的關(guān)鍵。

不懂硬件的人，會覺得硬件高深莫測，“為什么他改幾個電阻、電容就調(diào)出來，我弄個半天沒搞定?”，“噢，靠的是經(jīng)驗”，但是經(jīng)驗又是什么呢?不能形容，反正就是不明覺厲。

就是這種崇拜心理，才能觸發(fā)你的好奇心，去學下去，這也是成為工程師的首要條件，但這是遠遠不夠，還需要一條可供參考的學習路線，再加上99%的汗水和1%的靈感才可以。

硬件設(shè)計，可以說是包羅萬象，它涉及到非常龐大的知識量，而且，一個電路錯一點小地方，都有可能導致整個系統(tǒng)不能工作，所以，搞硬件的人思維要非常縝密才可以，而這種思維要靠后面的學習來培養(yǎng)出來的，而不是說還沒入門，就否定了自己。

下面介紹硬件設(shè)計的學習路線。

一、初級理論篇。

1、高等數(shù)學和線性代數(shù)。 這里重點掌握微積分和矩陣，因為在后面的課程里面將會大量用到這兩個東西，是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。

2、大學物理。 這里很多東西其實在高中有學到，重點掌握電阻、電容、電感的特性和電生磁、磁生電的原理，其中麥克斯韋方程組將會在射頻、微波中有用到。

3、電路分析基礎(chǔ)。 其實電路基礎(chǔ)的理論并不難，但是有些抽象的東西，是暫時不能很好地理解，比如說受控源(其實就是三極管)，所以學完模電還要再回過頭來再看一遍。這里重點掌握戴維南定理，不然后面沒法學。

4、模擬電子技術(shù)。 這是電子專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，至少學三遍，此外，學啃書是不行的，還得配合Multisim仿真軟件才能學好(實踐部分后面再介紹)。如果說電路基礎(chǔ)、高數(shù)當中的答案都是明確、唯一的，那么模電的答案將是不明確、多樣化的，需要在實踐中權(quán)衡取舍，一定要把以前的思維轉(zhuǎn)變過來，不然后面沒法學。這門課全部都是重點，但是學完它，除了抄書上的電路，你仍然什么都做不了，因為還需要其它方面的知識一起用才可以。這里不得不提一下器件特性這個概念，沒有它將不能打開電路設(shè)計的大門，但是由于篇幅有限，以后再寫文章介紹。

5、數(shù)字電子技術(shù)。 這門課相對于模電來說，要簡單很多很多。它把三級管搭成各種門電路、觸發(fā)器，以便于直接把數(shù)學知識運用起來，同時它也是FPGA的先修課，是硬件工程師向算法工程師(跟計算機的算法有很大區(qū)別)轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)。這門課全部都是重點，但是要真正掌握它，還是得學FPGA才可以。

6、電力電子技術(shù)。 這里講到晶閘管、IGBT和電力MOS管，都是用在強電領(lǐng)域的器件，是開關(guān)電源的先修課?？梢哉f電源是硬件設(shè)計當中最關(guān)鍵的部分，一個電源設(shè)計得好不好，直接影響整個系統(tǒng)能否正常工作。其中整流、逆變、升壓、降壓電路，都是要重點掌握的。

二、中級理論篇。

1、復變函數(shù)。 這門課跟高數(shù)的微積分一樣，是一種數(shù)學工具。復數(shù)信號是物理不可實現(xiàn)的，但是為什么需要復數(shù)?誠然，正弦波(包括余弦，下同)有振幅、頻率和相位三要素，如何在一個圖上面表示振幅與頻率的關(guān)系或者相位與頻率的關(guān)系(方便觀察分析才需要這樣弄)?這就需要用到復數(shù)了，其中i或者j(因為電流的符號是i，所以才換成j，以防混淆)表示的就是方向，對應(yīng)著極坐標的向量。我們可以把復數(shù)轉(zhuǎn)成模和輻角的形式，想象一下，模就是時鐘的秒針，而輻角就是秒針轉(zhuǎn)動的角度，秒針轉(zhuǎn)一圈就是個圓，而把這個圓的各點按照出現(xiàn)的時間先后，重新描繪在直角坐標系中，就是一個正弦波。這就意味著，用復數(shù)可以表示一個正弦波的三要素，振幅就是模(秒針的長短)，相位就是秒針轉(zhuǎn)動的角度，頻率就是秒針轉(zhuǎn)動的快慢。想一下，如果用實數(shù)來表示正弦波的三要素，是不是很麻煩?這里重點掌握留數(shù)、保形映射。

2、信號與系統(tǒng)。 介紹如何利用數(shù)學建模去描述電路，就是這門課要研究的內(nèi)容。什么是信號?LED燈的亮滅、喇叭發(fā)出的聲音、天線感應(yīng)的電磁波等，有實際用途的信息載體(包括聲、光、電、熱等)都是信號。什么是系統(tǒng)?就是處理信息載體的東西(包括放大器、傳動裝置等)。系統(tǒng)是一種更為抽象的概念，可大可小，小到一個三極管，大到一個無線收發(fā)裝置，這些都要根據(jù)實際需求來確定，不能一概而論。這門課都是重點。

3、自動控制原理。 自控原理是信號與系統(tǒng)的姐妹學科。介紹如何用數(shù)學建模的方法去分析電路，主要分析電路的穩(wěn)定性。其中，波特圖、PID都是要重點掌握的。學懂這門課就可以用里面的知識去分析一些較為復雜的帶運放的電路，這種電路用KCL和KVL是仍然很難解決。

4、高頻電子線路。 高頻是模電的非線性部分。你會發(fā)現(xiàn)高頻里面很多內(nèi)容跟模電都差不多，也有放大器、振蕩器、功放，但是這些電路用在更高的頻段，所以分析方法有所不同。模電的功底較為扎實的情況下，再學這門課，就不覺得難，因為它本身就是模電的擴展，而不是全新的領(lǐng)域。這門課都是重點，至少學三遍。

5、單片機。 現(xiàn)在已經(jīng)很少不用CPU的硬件電路了，而單片機正是最簡單的CPU，所以掌握單片機也是很有必要的。其中單片機的接口電路也是相當考驗?zāi)愕?a href="/tags/硬件" target="_blank">硬件功底的。具體的學習路線可以參考本博客的《如何學習單片機》。